La luce assorbita si diffonde attraverso un tubo fotocatalitico all'ossido di titanio. Credito:University of Southern Queensland 2020
Biossido di titanio (TiO 2 ) ha un notevole potere come fotocatalizzatore, un materiale che cattura l'energia della luce per accelerare reazioni chimiche altrimenti difficili da ottenere. Una delle sue applicazioni più promettenti è la degradazione delle molecole contaminanti organiche (a base di carbonio) nelle acque reflue. Nel Journal of Colloid and Interface Science ricercatori in Cina e Australia riportano che il controllo dello spessore delle pareti di TiO . estremamente stretto 2 i tubi possono aumentare notevolmente l'efficienza fotocatalitica del materiale.
La luce che viene assorbita nei tubi viene dispersa lungo la sua superficie interna, calciare gli elettroni in stati di alta energia dove possono quindi promuovere le reazioni chimiche che vengono catalizzate. Il gruppo di ricerca ha ideato un metodo per controllare lo spessore delle pareti dei tubi, e hanno studiato l'effetto che gli spessori variabili hanno sull'efficienza della raccolta della luce e sul comportamento catalitico.
"La nostra strategia per regolare lo spessore della parete di TiO 2 nanotubi e microtubi apre un nuovo approccio per migliorare le prestazioni fotocatalitiche di TiO 2 , ", afferma l'autore corrispondente Zhi-Gang Chen della University of Southern Queensland in Australia. Altri membri del team hanno sede presso la Shaanxi University of Science and Technology in Cina.
I nanotubi vengono preparati mediante elettrofilatura, un processo che sfrutta una forza elettrica per estrarre materiali caricati elettricamente da una soluzione, in questo caso rapidamente seguita dalla solidificazione nei micro e nanotubi.
Una vista dei tubi fotocatalitici. Credito:University of Southern Queensland 2020
Il lavoro è iniziato come un semplice tentativo di preparare tubi con pareti più sottili per superare un problema causato dalla ricombinazione delle cariche elettriche quando venivano separate dalla luce assorbita. "Abbiamo scoperto che in un semplice processo in un'unica fase potremmo facilmente regolare lo spessore della parete dei tubi variando il dosaggio di paraffina liquida utilizzata nella soluzione, "dice Chen.
Questo ha poi portato alla scoperta cruciale che il variare dello spessore della parete ha avuto un grande effetto sul mantenimento della separazione della carica elettrica che è cruciale per l'effetto catalitico. "Questa è stata in realtà una grande sorpresa per noi, "dice Chen, spiegando che è stato dimostrato confrontando l'attività fotocatalitica di cinque diversi spessori di parete. La versione più efficace dei tubi è stata in grado di catalizzare la degradazione di due contaminanti delle acque reflue campione, dinitrofenolo e rodamina, con un'efficienza rispettivamente del 99,9 percento e del 97,8 percento.
Chen fa notare che rispetto ad altri modi di realizzare i tubi catalitici, il loro metodo di elettrofilatura offre vantaggi di miglior controllo, minori costi e maggiore versatilità nei materiali a cui può essere applicato. Miglioramenti simili in catalizzatori diversi dal TiO 2 ci si può aspettare in futuro.
Intanto, TiO 2 è adatto per catalizzare un'ampia gamma di reazioni importanti diverse dalla degradazione di rifiuti inquinanti indesiderati. Queste possibilità includono l'utilizzo dell'energia del sole per alimentare la scissione dell'acqua per generare idrogeno come combustibile, la conversione dell'anidride carbonica in prodotti utili, e applicazioni nella produzione di celle solari e dispositivi di accumulo elettrico.
